Android的图形与图像处理（1501210918 黄凯凯）

1 图片显示与使用

1.1 Drawable对象

在天气应用开发过程中，我们使用的大部分图片都是用ImageView来显示，或者是作为Button、Window等组建的背景。从资源角度而言，我们还可以使用XML文件定义的Drawable对象。

例如在天气应用中，我们需要一个四角为圆弧的矩形，我们可以以XML文件格式来定义如下：

<shape
xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:shape="rectangle">
<!-- 填充的颜色 -->
<solid android:color="#33000000" />
<!-- 设置按钮的四个角为弧形 -->
<!-- android:radius 弧形的半径 -->
<corners android:radius="20dip" />
<!-- padding：Button里面的文字与Button边界的间隔 -->
<padding
    android:left="10dp"
    android:top="10dp"
    android:right="10dp"
    android:bottom="10dp"
    />
</shape>

之后将其当作普通的图片文件放入res目录中，就可以在应用中使用它，比如作为桌面插件的背景。效果如下：

1.2 Bitmap对象

Bitmap是Android系统中的图像处理的最重要类之一。用它可以获取图像文件信息，进行图像剪切、旋转、缩放等操作，并可以指定格式保存图像文件。

Bitmap代表一个位图，可以对其进行一系列位图变换操作。一般情况下，我们将图片放在/res/drawable目录下，就可以在程序中通过相应资源ID获取封装了Bitmap对象的BitmapDrawable对象，它可以通过XML方式对原始位图进行拉伸、对齐、抗锯齿等处理。两者转换如下：

//把Bitmap对象包装成BitmapDrawable对象
BitmapDrawable drawable = new BitmapDrawable(bitmap);
//获取BitmapDrawbale包装的Bitmap对象
Bitmap bitmap = drawable.getBitmap();

除了使用drawable对象来创建Bitmap对象以外，Bitmap本身也可以调用create方法被创建，或者使用BitmFactory创建。BitmapFactory是一个辅助的工具类，它提供了大量static方法，用于从不同数据源来解析、创建Bitmap对象。例如，如果Android应用需要访问其他存储路径（如SD卡）里的图片，就需要借助BitmapFactory，我们也可以通过它用给定资源ID获取创建Bitmap对象。

//通过文件路径创建Bitmap对象
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(path); 
//通过资源ID创建Bitmap对象
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeResource(res,R.drawable.pic_id);

由于手机内存小，为防止系统不停解析创建Bitmap而来不及回收内存导致OutOfMemory错误。Android为Bitmap提供了isRecycle()和recycle()两个方法，前者用于判断是否被回收，后者实现Bitmap的强制回收。

2 图像绘制

在使用已有图片之外，Android应用还常常需要在运行时动态地生成图片，这就需要借助于Android的绘图支持了。

绘制图像的基本思路是，创建一个View或SurfaceView类，重写onDraw()方法。这里会设计到一个绘图API：Canas。Canvas代表“依附”于指定View的画布，提供了一系列的绘制方法，如矩形、圆、椭圆、点、线、文字、坐标转换等。其主要一些方法如下：

Canvas只是实现在画布上绘制简单规则图形，若要丰富图像内容，还需要使用其他API，例如，要对图案颜色、纹理、透明度、笔触等属性做设置就需要使用Paint，Paint代表Canvas上的画笔，主要用于设置绘制风格，从上面的Canvas方法中，我们也可以看到，绘制图像必须要使用Paint，其主要方法如下表所示。

除此以外，要绘制任意图形要用Path类，它主要实现点之间的连线；自定义颜色用Color类；等等。

3 图形特效

3.1 图形变换

图形变换，一般是指图形的平移、旋转、缩放、倾斜等效果。Maxtrix是Android提供的一个矩形工具类，不仅可用于控制图形的平移(setTranslate)、旋转(setRotate)、缩放(setScale)、倾斜(setSkew)变换，也可控制View组件进行平移、旋转和缩放等。有一点需要注意的是，Maxtrix本身并不能对图像或组件进行变换，而是通过与其他API结合来控制图形、组件的变换。

我们以通过一个例子了解使用Matrix控制图形变换的步骤：

//获取Matrix对象，这个既可以是新创建的，也可以是封装在其他类中的
Matrix matrix = new Matrix();
//调用Matrix的方法实现旋转效果
matrix.setRotate(degree);
//根据原始位图和Matrix创建新图片
Bitmap bitmap2 = Bitmap.create(bitmap,0,0,width,height,matrix,true);
//绘制新图像
canvas.drawBitmap(bitmap2,matrix,null);

除了对图片进行变换，还可以将程序对所做的变换应用到指定的组件中去。

一旦对Matrix进行了变换，下一步便是应用该Matrix对图形进行控制(变换)。比如Canvas提供了一个drawBitmap(Bitmap bitmap,Matrix matrix,Paint paint)方法，调用该方法就可以在绘制bitmap时应用Matrix上的变换。

3.2 图像扭曲

Android提供了Canvas的drawBitmapMesh()方法实现对位图进行扭曲效果。其关键参数说明如下：

• bitmap：指定需要扭曲的源位图
• meshWidth：该参数控制在横向上把源位图划分为多少格
• meshHeight：该参数控制在纵向上把源位图划分为多少格
• verts：该参数是一个长度为(meshWidth+1)(meshHeight+1)2的数组，记录了扭曲后的位图各“顶点”（下图中网格线的交点），控制对位图的扭曲效果，是关键参数
• vertOffset：控制verts数组中从第几个数组元素开始才对bitmap进行扭曲

3.3 使用Shader进行填充

Android不仅可以使用颜色来填充图形，也可以使用Shader对象来指定渲染效果来填充图形。Shader本身是一个抽象类，它提供了以下几个子类来实现填充效果：

• BitmapShader：使用位图平铺的渲染效果
• LinerGradient：使用线性渐变来填充图形
• RaidialGradient：使用圆形渐变来填充图形
• SweepGradient：使用角度渐变来填充图形
• ComposeShader：使用组合渲染效果来填充图形

4 在Android中使用OpenCV

除了使用Android平台上的API以外，我们可以调用第三方库，当遇到诸如人脸检测、相似度判定等一些较为专业复杂的图像处理时，使用OpenCV是一个不错的选择。

OpenCV（Open Source Computer Vision Library，开源计算机视觉库）是一个基于C/C++语言的图像处理函数库，包含了300多个C函数的跨平台中、高层API，几乎不依赖于其他外部库。其代码大多经过优化，可用于实时处理，且具有良好的可移植性，可运行在windows、Linux以及Mac上。OpenCV实现了数字图像处理方面和计算机视觉领域的很多通用算法，涉及图像扫描、傅里叶变换、平滑处理、腐蚀膨胀、边缘检测、霍夫变换、反向投影、模板匹配、级联分类器、机器学习等处理算法。

OpenCV也已经发行了Android平台的函数库OpenCV4Android，为在Android应用开发创造了便利，但这一函数库本身是jni进行封装，并没有涵盖OpenCV的所有功能，在必要的时候还需要使用jni调用C++代码进行编码。调用C++方法的关键代码如下：

Mat mat = new Mat();
//获取彩色图像所对应的像素数据
Utils.bitmapToMat(bitmap, mat);
//获取mat对应地址
long address = mat.getNativeObjAddr(); 
//传递给C++(process方法)处理返回mat地址
long deal_address = lib.process(address);
Mat deal_img = new Mat(deal_address);
//创建一图像
Bitmap promap = Bitmap.createBitmap(bitmap.getWidth(), bitmap.getHeight(), Config.RGB_565);
//将矩阵转换为图像
Utils.matToBitmap(deal_img, promap);

其中的Mat是OpenCV采用的进行图像处理的一个基础的数据结构，它一般包含固定大小的矩阵头（图片的大小、位置等信息）和矩阵指针（指向像素值矩阵）组成，这种类似于元数据与数据分离的思想很大程度上使得图片处理变得更灵活高效。

5 总结

关于图像处理的算法复杂多样，在对于图片的大小和数量的需求都渐渐增大的今天，往往需要巨大的计算量，这对于在硬件和软件上都限制颇多的移动端十分不妙，因而至今大多数在Android上的图片处理都较为简单容易，其中需要大量处理计算的工作往往搁置在服务器上。但同时，图形、图像处理不仅对Android界面开发十分重要，而且也是开发Android2D游戏的基础，因此，我们有必要掌握一些基本的在Android上进行图片处理的机制和方法。